如何正确理解石英晶振振荡频率和LC值,其实大有玄机

如何正确理解石英晶振振荡频率和LC值,其实大有玄机

或许说到石英晶振的振荡频率,想必许多人都会嗤之以鼻,不就是振荡频率和负载电容吗?有什么玄机可言的;确实这两者仅仅就是石英晶振众多参数中的两种,但是它们就仅仅是诸位表面上看到的那样吗?我看未必.

在一个振荡电路中,石英谐振器是作为电感阻抗在工作的.而等效电路可以由电感系列的组合来表示.如图-5所示, 图-5(a)为串联电路的振荡电路,(b)为并联式的谐振电路.

这里电容CL是从石英谐振器两端观察振荡侧的有效电容,通常我们也称之为负载电容,而r和-p是振荡侧的负电阻.
在这种振荡电路中,石英晶振工作为感应电阻Xe和电阻Re的串联电路,如图6所示,根据以下公司可以计算出振荡频率为:

而振荡条件就是:1)在图5(a)所示的振荡电路设计环境下(串联谐振),满足|Re|<|-R|条件方可发生起振,输出振荡频率;2)在图5(b)的振荡电路设计环境下(并联谐振),满足|Rp|<|-ρ|条件方可发生起振,最终输出振荡频率.再保险是串联谐振电阻(等效串联电阻)系列晶振的电路和电容CL,Rp是串联谐振电阻(等效并联电阻)石英谐振器的并联电路和电容CL.

而考虑到石英谐振器在低激发时等效电阻的增大,所以为了使谐振器产生一定的振荡,电路的负电阻(-R)必须比电感大得多.

因此,振荡频率是由贴片晶振的压电常量以及振荡电路中配置的负载电容决定的(工作温度以及驱动能力分别指定),所以振荡电路的负载电容必须定义清楚.石英谐振器于串联负载电容CL的等效电路如图-7所示,此时常数为:

此时振荡频率增加Af,如:

式中,Af为与串联谐振频率fo之差,将此方程重新排列,等到如下方程:

其中C0/C1称为电容比,电容比是衡量有源晶振因负载电容变化而引起的振荡频率变化量的参考.
图8显示了极品谐振器和第三泛音谐振器的负载电容与频率变化率的特性.如图-8所示,为了通过改变负载电容得到宽频范围内的变化量,需要使用一个基频谐振器并选择一个较小的负载电容.